绿色复合材料的概念

狭义上的绿色复合材料是指组分材料中至少有一种是由天然资源获取并能完全降解的复合材料。也称为生物复合材料或生态复合材料(bio-composites或eco-composites)。

广义上的绿色复合材料从绿色环保和可持续发展的要求出发，应包括以可再生生物质资源为原材料的复合材料以及绿色化的高性能复合材料。

本文所讲的绿色复合材料主要是指狭义上概念。

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关于绿色复合材料，这些内容你需要了解

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绿色复合材料的优势

与其他复合材料相比，绿色复合材料具有重量轻、比强度和比模量高、阻尼性能好、吸声隔热性能，且加工过程中不会给操作人员带来健康危害(如皮肤刺激等)，另外绿色复合材料还具有节能环保、可回收和有利于碳中和绿色制造等特点。

绿色复合材料创新研发方向

综合考虑绿色复合材料技术的国内市场发展的条件，材料与制造的性价比始终会是一个最重要的制约环节，因此，针对性的最大化发挥绿色复合材料的特质和特色，可能成为国内今后一个时期绿色复合材料技术发展的突破口。

为此，小编总结了下绿色复合材料（主要是植物纤维增强复合材料）研发的几个方向，仅供参考。

1.多功能化

植物纤维具有良好的吸声、隔热及阻尼性能，为制备结构功能一体化材料和结构提供了可能。兼顾复合材料力学、阻燃、吸声、隔热、抗振等多目标综合性能提高的研究还远未开展起来，特别是充分利用植物纤维独特的微观结构，基于复合材料力学－微观结构对力学性能的影响的结构功能一体化研究亟待开展。

2.高性能化

相对于人工纤维，植物纤维增强复合材料的主要劣势在于其相对较弱的力学性能，这使得植物纤维增强复合材料目前主要应用于非承载和半承载结构，从而制约了植物纤维增强复合材料的广泛应用。实现植物纤维增强复合材料的力学高性能化，是进一步拓宽这种环境友好复合材料应用的关键。

3.低成本化生产工艺

目前受限于应用开发较少，植物纤维增强复合材料的生产成本较高，价格昂贵。因此，迫切需要研究开发成型周期短、生产效率高，可实现低成本化、连续化、自动化生产的生产工艺。

4.纤维/树脂界面改性

亲水植物纤维与疏水树脂基界面相容性差导致植物纤维/树脂复合材料较低的力学性能。植物纤维某些力学性能指标同我们当前大量使用的玻璃纤维相差不多，具有替代玻纤的潜力，但是将它们制成复合材料后，力学性能差异增大。而造成这一差异的主要原因是其与树脂基体间弱的界面结合。植物纤维与玻璃纤维等人工纤维不同，其自身具有很强的亲水性，不易与通常为憎水性的高分子基体形成好的界面结合，而界面性能不好必然会导致复合材料力学性能的下降；植物纤维含有的大量的羟基使其很容易与水发生水合作用而导致复合材料力学性能的下降，以及后续材料的气味性等问题。

因此，国内外学者普遍采用纤维表面处理的方法来提升植物纤维增强复合材料的界面力学性能。

总而言之，通过纤维表面修饰和复合材料结构优化设计，实现植物纤维增强复合材料的高性能化，以及满足阻燃、降噪、阻尼要求的多功能化，研究开发相应的设计与制造技术，积累数据和应用经验，降低产品成本，积极推动其在航空、轨道交通、汽车、电子通讯、建材等领域应用，并带动多层次多尺度的复合材料力学理论的发展是植物纤维增强复合材料未来的发展方向。

产业化初步应用

由于植物纤维其结构不规整、含杂质、有微细结构缺陷等天然特征，其实际应用面临产品一致性差，吸水霉变，高温炭化，力学性能不佳、气味性和阻燃性差等工程应用技术难题。

相对于航空复合材料制件市场的高门槛，汽车内饰领域的绿色复合材料应用已有一定的规模，这主要是非承力的一些饰板板或行李箱盖板等，这种复合材料应用还可以实现更优的阻尼、吸声特性，是一种发挥植物纤维特色的典型应用。

近年来，由于全球对环境和资源问题的日益关注，越来越多的汽车制造商开始寻求可持续发展材料来制备汽车零部件。梅赛德斯-奔驰、宝马、奥迪和大众等德国汽车制造商更大规模地在汽车内部和外部部件使用植物纤维增强复合材料。在日本，丰田汽车公司开发了由甘蔗制成的生态塑料并应用于汽车内饰，此外还开发了生物可降解树皮织物增强绿色环氧树脂复合材料，用于制造汽车仪表板。

植物纤维增强复合材料在汽车领域应用，图片来源bcomp

湖南大学何莉萍教授团队，依托“汽车车身先进设计制造国家重点实验室”国家级科技创新平台，成功研发出了低碳节能、轻质高强植物纤维增强树脂基改性料及其绿色制造关键技术，打破了国外技术垄断，填补了国内技术空白，形成了包括新材料配方、工艺、装备和检测评价标准的多项技术创新成果，并获得多项国家授权发明专利。经省级技术鉴定，该成果达到国际先进水平。

参考资料：

1. 何莉萍著.《汽车轻量化车身新材料及其应用技术》，长沙：湖南大学出版社，2016.9

2. Karolina Mazur, Paulina Jakubowska, Paulina Romanska, Stanisław Kuciela. Green high density polyethylene (HDPE) reinforced with basalt fiber and agricultural fillers for technical applications.Composites Part B,2020(202):  108399.

为了更好的了解绿色复合材料创新研发及产业化应用探索， “2021绿色复合材料论坛”特诚邀 湖南大学何莉萍教授 莅临本次大会，分享《绿色复材创新研发及其产业化初步应用》特邀主题报告。

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推广项目：低碳节能、轻质高强植物纤维增强树脂基改性料及其绿色制造

项目简介：湖南大学何莉萍教授团队，依托“汽车车身先进设计制造国家重点实验室”国家级科技创新平台，在国家“863”高新技术重点项目、国家跃升计划项目（“中气计划”）和国家自然科学基金等项目支持下，成功研发出了低碳节能、轻质高强麻纤维增强树脂基改性料及其绿色制造关键技术，打破了国外技术垄断，填补了国内技术空白，形成了包括新材料配方、工艺、装备和检测评价标准的多项技术创新成果，并获得多项国家授权发明专利。经省级技术鉴定，该成果达到国际先进水平。研发的颗粒料创新产品可广泛应用于交通、信息通讯、电子电器、建材等领域。

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